Naturalne wzory geometryczne lub wzory pojawiają się jako powtarzające się kształty, które czasami można opisać lub przedstawić za pomocą modeli matematycznych.
Geometria w przyrodzie i życiu ma wiele kształtów i form, takich jak symetria, spirale lub fale.
Historia
Po raz pierwszy starożytni greccy filozofowie i naukowcy - Pitagoras, Empedokles i Platon - zajęli się zagadnieniami geometrii w przyrodzie. Analizując przykłady przewidywalnych lub idealnych kształtów geometrycznych roślin i zwierząt, starali się zademonstrować porządek i symetrię w przyrodzie.
Współczesne próby badania geometrii w przyrodzie rozpoczęły się w XIX wieku dzięki wysiłkom belgijskiego fizyka Josepha Plateau, który opracował koncepcję minimalnej powierzchni bańki mydlanej. Pierwsze współczesne próby koncentrowały się najpierw na zademonstrowaniu idealnych i przewidywalnych kształtów geometrycznych, a następnie skoncentrowały się na opracowaniu modeli, które przewidują pojawienie się i manifestację geometrii w przyrodzie.
W XX wieku matematyk Alan Turing pracował nad mechanizmami morfogenezy, która wyjaśnia pojawienie się zwierzątróżne wzory, paski, plamy. Nieco później biolog Aristide Lindenmeier wraz z matematykiem Benoitem Mandelbrotem skończą prace nad fraktalami matematycznymi, które powtarzają wzorce wzrostu niektórych roślin, w tym drzew.
Nauka
Współczesne nauki ścisłe (matematyka, fizyka i chemia), z pomocą technologii i modeli, starają się nie tylko wyjaśniać, ale także przewidywać wzory geometryczne występujące w przyrodzie.
Kształt i kolor wielu żywych organizmów, takich jak pawie, kolibry i muszle, są nie tylko piękne, ale także poprawne geometrycznie, co wzbudza ciekawość naukowców. Piękno, które obserwujemy w przyrodzie, może być spowodowane naturalnie, matematycznie.
Obserwowane naturalne wzorce w matematyce są wyjaśnione przez teorię chaosu, która działa ze spiralami i fraktalami. Takie wzorce są zgodne z prawami fizyki, dodatkowo fizyka i chemia, wykorzystując abstrakcyjną matematykę, przewidują kształty kryształów, zarówno naturalnych, jak i sztucznych.
Biologia wyjaśnia geometrię w przyrodzie przez dobór naturalny, w którym takie regularne cechy, jak paski, plamy, jasne kolory można wyjaśnić potrzebą maskowania lub wysyłania sygnałów.
Rodzaje wzorów
W naturze istnieje wiele powtarzających się wzorów, które pojawiają się w różnych geometrycznych kształtach. Rodzaje podstawowych prawidłowości geometrii w przyrodzie, zdjęcia i ich opisy można znaleźć poniżej.
Symetria. Ten geometryczny kształt jest jednym z najczęstszych w przyrodzie. Najczęściej u zwierzątsymetria lustrzana - motyle, chrząszcze, tygrysy, sowy. Występuje również w roślinach, takich jak liście klonu czy kwiaty orchidei. Ponadto symetryczna geometria w przyrodzie może być promieniowa, pięciopromieniowa lub sześciokrotna, jak płatki śniegu.
Fraktale. W matematyce są to konstrukcje samopodobne, które są nieskończone. W naturze niemożliwe jest wykrycie takiej nieskończonej samopowtarzającej się formy, dlatego przybliżenia wzorów fraktalnych nazywane są w naturze fraktalami geometrycznymi. Taką geometrię można zaobserwować w przyrodzie w liściach paproci, brokułach, owocach ananasa.
Spirale. Te formy są szczególnie powszechne wśród mięczaków i ślimaków. Naukowcy obserwują spiralne kształty w kosmosie, na przykład galaktyki spiralne. Spirala nazywana jest złotym podziałem Fibonacciego.
Meandery. Losowość układów dynamicznych w matematyce przejawia się w przyrodzie w postaci meandrów i przepływów. Naturalna geometria przybiera formę przerywanej lub raczej zakrzywionej linii, takiej jak przepływ rzeki.
Fale. Są one powodowane przez zakłócenia i ruchy powietrza, prądy wiatru, rozprzestrzeniające się zarówno w powietrzu, jak i przez wodę. W naturze są to nie tylko fale morskie, ale także pustynne wydmy, które mogą tworzyć geometryczne kształty – linie, półksiężyce i parabole.
Mozaika. Tworzone przez powtarzanie tych samych elementów na powierzchni. Geometrię mozaiki w dzikiej przyrodzie można znaleźć u pszczół: one budująul o strukturze plastra miodu - powtarzające się komórki.
Tworzenie wzorów
W biologii powstawanie koloru geometrycznego jest wynikiem procesu doboru naturalnego. W połowie XX wieku Alan Turing zdołał opisać mechanizm powstawania plam i pasków u zwierząt – nazwał to modelem reakcji-dyfuzji. Niektóre komórki ciała zawierają geny kontrolowane przez reakcje chemiczne. Morfogen prowadzi do powstawania obszarów skóry z ciemnym pigmentem (plamy i paski). Jeśli morfogen jest obecny we wszystkich komórkach skóry - uzyskuje się kolor pantery, jeśli występuje nierównomiernie - zwykły lampart cętkowany.
